基於特徵空間分析和區域判別的醫學超聲波束形成方法
2023-10-04 05:49:39 1
專利名稱：基於特徵空間分析和區域判別的醫學超聲波束形成方法
技術領域：
本發明屬於醫學超聲工程技術領域，具體為基於特徵空間分析與區域判別的醫學超聲波束形成方法。
背景技術：
超聲成像具有無創、實時、可重複性強、成本低廉等優點，在醫學臨床診斷中得到了廣泛的應用。波束形成器是整個系統中影響成像質量的關鍵部分，傳統的延時疊加(delay-and-sum, DAS)法[I]雖然快速簡便,但獲得的圖像質量十分不理想,主要體現在橫向解析度和對比度差，這也是目前醫學超聲診斷面臨的主要難題。 為改善圖像質量，近來基於最小方差(minimum variance, MV) [2]的自適應波束形成方法被引入超聲成像領域。其中空間平滑最小方差[3]、前後向平均最小方差[4]雖然顯著改善了解析度，但是對比度性能的提升並不明顯；主分量最小方差[5]和相干係數處理[6]雖然能夠有效提高超聲低回聲區與散斑背景的對比度，但是高強度目標周圍易產生人工幹擾和失真，原因來自於方法內在的缺陷。針對上述問題，本發明通過進一步的特徵空間分析，對成像目標的低回聲區和散斑背景以及高回聲區加以判別，並對不同區域採用不同的處理方法，以結合傳統最小方差算法和主分量最小方差算法的優勢。本發明為醫學超聲波束形成提供了一種的新的處理框架，能夠有效地實現高解析度和高對比度，同時保持良好的散斑特性，降低人工幹擾和失真。
發明內容
本發明的目的是提出一種可以有效改善超聲成像對比度並保持散斑特性和降低失真的醫學超聲波束形成方法。本發明提出的醫學超聲波束形成方法，其具體步驟為
1、對超聲回波數據協方差矩陣進行特徵分解，根據特徵矢量與導向矢量的投影關係，預估計期望信號子空間以及期望信號強度；
2、利用延時疊加法獲得的預掃描超聲圖像，根據圖像峰值和有效動態範圍計算出一個信號強度閾值；
3、將期望信號強度估計值與該閾值比較，對超聲低回聲區與一般散射區進行判別，兩類區域採用不同的波束形成方法低回聲區採用主分量最小方差算法，一般散射區採用傳統最小方差算法。醫學超聲波束形成器的工作原理如圖I所示，首先對探頭的不同陣元施加適當的延時，實現對成像點的聚焦，再對聚焦後的陣列信號以適當的權重進行加權平均，輸出信號即聚焦點散射信號的估計，取其幅值作為該點的成像值，反映的是該點的散射強度。波束形成器的輸出可表示為
權利要求
1.基於特徵空間分析和區域判別的醫學超聲波束形成方法，其特徵在於具體步驟為 (1)對超聲回波數據協方差矩陣進行特徵分解，根據特徵矢量與導向矢量的投影關係，預估計期望信號子空間以及期望信號強度； (2)利用延時疊加法獲得的預掃描超聲圖像，根據圖像峰值和有效動態範圍計算出一個信號強度閾值； (3)將期望信號強度估計值與該閾值比較，對超聲低回聲區與一般散射區進行判別，兩類區域採用不同的波束形成方法低回聲區採用主分量最小方差算法，一般散射區採用傳統最小方差算法。
2.根據權利要求I所述的基於特徵空間分析和區域判別的醫學超聲波束形成方法，其特徵在於步驟(I)中，所述對超聲回波數據協方差矩陣進行特徵分解，根據特徵矢量與導向矢量的投影關係，選取投影值較大的若干特徵矢量構成期望信號子空間，對應的特徵值均值作為期望信號強度估計值，具體步驟為 數據協方差矩陣W按下式特徵分解
3.根據權利要求I所述的基於特徵空間分析和區域判別的醫學超聲波束形成方法，其特徵在於步驟(2)中，所述利用延時疊加法獲得的預掃描超聲圖像，根據圖像峰值和有效動態範圍計算出一個信號強度閾值，具體步驟為 首先，根據預掃描超聲圖像峰值推算整個成像區域的全局最大特徵值，波束形成器的輸出能量表示為
4.根據權利要求I所述的基於特徵空間分析和區域判別的醫學超聲波束形成方法，其特徵在於步驟(3)中，所述將步驟(I)得到的期望信號強度估計值與步驟(2)得到的強度閾值比較若估計值小於閾值，則認為當前成像點為超聲低回聲區；若估計值大於閾值，則認為當前成像點位於一般散射區； 對於一般散射區，採用傳統最小方差算法，即求解下面的最優化問題
全文摘要
本發明屬於醫學超聲工程技術領域，具體為基於特徵空間分析與區域判別的醫學超聲波束形成。本發明一方面根據超聲回波數據特徵矢量與導向矢量的投影關係，預估計期望信號子空間以及期望信號強度；另一方面利用延時疊加法獲得一幅預掃描超聲圖像，根據其峰值和有效動態範圍，計算出一個信號強度閾值；最後將期望信號強度估計值與該閾值比較，對超聲低回聲區與一般散射區進行判別，低回聲區採用主分量最小方差算法，一般散射區採用傳統最小方差算法。本發明適用於高幀率的平面波和合成孔徑超聲成像方式，能夠顯著改善成像對比度，同時較好地保持圖像的散斑特性，降低人工幹擾和失真。
文檔編號A61B8/00GK102764139SQ201210240918
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月12日 優先權日2012年7月12日
發明者餘錦華, 曾星, 汪源源, 陳呈 申請人:復旦大學